Question

（共11分）工業廢水中常含有一定量的Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-，它們會對人類及生態系統產生很大的傷害，必須進行處理。常用的處理方法有兩種。
方法l：還原沉淀法
該法的工藝流程為：
其中第①步存在平衡：2CrO₄^2-(黃色)+2H⁺Cr₂O₇^2-(橙色)+H₂O
(1)若平衡體系的pH＝2，則溶液顯    色。
(2)能說明第①步反應達平衡狀態的是          。
A．Cr₂O2- 7和CrO2- 7的濃度相同      B．2v(Cr₂O2- 7)＝v(CrO2- 4)     C．溶液的顏色不變
(3)第③步生成的Cr(OH)₃在溶液中存在以下沉淀溶解平衡： Cr(OH)₃(s)Cr³⁺(aq)+3OH^－(aq)
常溫下，Cr(OH)₃的溶度積Ksp＝c(Cr³⁺)?c³(OH^-)＝10^-32,要使c(Cr³⁺)降至10^-5mol／L，溶液的pH應調至          。
方法2：電解法
該法用Fe做電極電解含Cr₂O₇^2-的酸性廢水，隨著電解進行，在陰極附近溶液pH升高，產生Cr(OH)₃沉淀。
(4)用Fe做電極的原因為                  。
(5)在陰極附近溶液pH升高的原因是(用電極反應式解釋)      。溶液中同時生成的沉淀還有      。

Answer 1

（共11分）（1）橙 （1分）；（2）C（2分）； （3）5（2分）；
（4）陽極反應為Fe－2e^－＝Fe²⁺（2分）；提供還原劑Fe²⁺（1分）
（5）2H⁺ +2e^－＝H₂↑(2分)；Fe(OH)₃ (1分)

試題分析：（1）pH=2說明溶液顯酸性，平衡向正反應方向移動，Cr₂O₇^2—的濃度會增大，所以溶液顯橙色。
（2）在一定條件下的可逆反應里，當正反應速率和逆反應速率相等，反應物的濃度與生成物的濃度不再改變時，該可逆反應就到達化學平衡狀態。平衡時濃度不再發生變化，但物質之間的濃度不一定相等或滿足某種關系，因此選項A不正確；在任何情況下Cr₂O₇^2—和CrO₄^2—的反應速率之比總是滿足1:2，因此選項B也不正確；顏色的深淺與濃度有關系，溶液顏色不再改變，這說明Cr₂O₇^2—和CrO₄^2—的濃度不再發生改變，因此可以說明反應已經達到化學平衡狀態，C正確，答案選C。
（3）由溶度積常數的表達式Ksp＝c(Cr³⁺)·c³(OH^—)＝10^-32可知，當c(Cr³⁺)＝10^-5mol/L時，c(OH^—)＝10^-9mol/L，所以pH＝5。
（4）Cr₂O₇^2—要生成Cr(OH)₃沉淀，必需有還原劑，而鐵做電極時，在陽極上可以失去電子產生Fe²⁺，陽極方程式為Fe－2e^－＝Fe²⁺。
（5）在電解池中陽離子在陰極得到電子，在溶液中由于H⁺得電子得能力強于Fe²⁺的，因此陰極是H⁺放電，方程式為2H⁺+2e^－＝H₂↑。隨著電解的進行，溶液中的H⁺濃度逐漸降低，水的電離被促進，OH^－濃度逐漸升高。由于Fe²⁺被Cr₂O₇^2—氧化生成Fe³⁺，當溶液堿性達到一定程度時就會產生Fe(OH)₃沉淀。